2.2.3杂化轨道理论简介 课件 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

2.2 分子的空间结构 第二章《分子结构与性质》 第三课时 杂化轨道理论简介 杂化理论的提出 观察碳原子的核外电子排布图：思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？ 按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C — H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p 轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体构型的甲烷分子 如何解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论 ? 电子 激发 sp3杂化 杂化 轨道 杂化轨道能量相同、 方向不同 激发态 基态碳原子 杂化碳原子的形成过程 3 C：2s22p2 为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型? 当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28'，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。 模型演示杂化碳原子的形成 4个能量相同、方向不同的sp3杂化轨道 sp3杂化轨道特点：形状为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道，每两个轨道间的夹角为109°28′，空间构型为正四面体形。 x y z x y z z x y z x y z 5 杂化理论简介 概念：外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。 要点： 参与杂化的原子轨道能量相近（同一能级组或相近能级组的轨道） 杂化前后原子轨道数目不变： ①参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目； ②杂化改变了原子轨道的形状方向，成键时更有利于轨道间的重叠。 6 杂化轨道的特征 经典上下导航版 只有在形成化学键时才能杂化，孤立的原子不可能发生杂化 只有能量相近的轨道间才能杂化 杂化前后轨道数不变（参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目） 杂化过程中轨道的形状发生变化 杂化后形成的化学键更稳定 杂化后的新轨道能量、形状都相同 杂化后的轨道之间尽可能远离。 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对，未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。 杂化的条件： (1).只有在形成化学键时才能杂化，孤立的原子不可能发生杂化 (2).只有能量相近的轨道间才能杂化 原子轨道杂化与杂化轨道 对杂化过程的理解 杂化类型及分子的空间构型 ①sp杂化轨道的形成过程 sp 杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp杂化轨道。 sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线形 x y z x y z z x y z x y z 视频演示碳原子sp杂化 实例分析：BeCl2分子的形成 Be原子：1s22s2 没有单个电子 sp sp杂化 SP Px Px 课堂练习一：分析C2H2的杂化方式 C 2p2 2s2 基态原子： H 1s1 激发态原子： C 2p3 2s1 杂化后： C2H2的形成 ②sp2杂化轨道的形成过程 每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形 sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。 x y z x y z z x y z x y z 120° 杂化轨道与未杂化轨道的位置关系 sp2杂化 中心原子的1个_____轨道和2个____轨道杂化得到夹角为_________的_________杂化轨道。 s p 120° 平面三角形 s p p p sp2 p 点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。 视频演示碳原子sp杂化 sp2杂化轨道——BF3分子的形成 120° F F F B sp2 sp2杂化 B： 1s22s22p1 没有3个单电子,如何成3个σ键? 课堂练习二：分析C2H4的杂化方式 C 2s2 基态原子： H 1s1 激发态原子： C 2p3 2s1 杂化后： H H H H 2p2 C2H4的形成 课堂练习三：请结合价键理论分析BH3的分子结构 B H 2p1 2s2 1s1 基态原子： 激发态原子： B 2p2 2s